So schützt man Schaltkreise in Blade-Rechnern

Zu viel Strom gefährdet Server

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Die Hot-Swap-Steuerschaltkreise

Da Blades für Wechsel im laufenden Betrieb („hot swap“) ausgelegt sind – das heißt, dass es dem Wartungspersonal bei laufender Hauptstromversorgung möglich, ist die Blades aus dem Chassis zu nehmen und neue einzuschieben – verfügen sie über einen integrierten Hot-Swap-Steuerschaltkreis.

Die oberflächenmontierbare, extrem schnelle "NANO2"-Kleinstsicherung der 456er Baureihe ist in einer Nennleistung von bis zu 40A verfügbar. Trotz ihrer geringen Baugröße (12mm x 4,5mm x 4,5mm) bietet die 40A-Sicherung der 456er Baureihe eine Unterbrechungsleistung von bis zu 600A bei 60VDC in Verbindung mit einem extrem hohen Schmelzwert I2t von 454A2s.
Die oberflächenmontierbare, extrem schnelle "NANO2"-Kleinstsicherung der 456er Baureihe ist in einer Nennleistung von bis zu 40A verfügbar. Trotz ihrer geringen Baugröße (12mm x 4,5mm x 4,5mm) bietet die 40A-Sicherung der 456er Baureihe eine Unterbrechungsleistung von bis zu 600A bei 60VDC in Verbindung mit einem extrem hohen Schmelzwert I2t von 454A2s.
(Bild: Littlefuse)

Dieser integrierte Schaltkreis ist die wichtigste Vorrichtung zur Vermeidung von Störungen, indem sie zunächst Überstrom-Ereignisse sowie andere Störungen erkennt und anschließend einem MOSFET(= Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) signalisiert die Stromversorgung der Platine abzustellen.

Dies soll verhindern, dass angrenzende Blades innerhalb eines Chassis durch eine Unterspannungssperrung ausfallen. Ein Kurzschluss kann dazu führen, dass die Spannung der Betriebsspannungsleitung der Verdrahtungsplatte aufgrund einer Regelabweichung abfällt. Darüber hinaus soll eine Beschädigung des von der Störung betroffenen Blades beziehungsweise der Verdrahtungsplatte vermieden werden.

Vorsicht bei Leiterzügen und Steckverbindungen

Kritische Komponenten innerhalb dieses Systems sind die Leiterzüge und Steckverbindungen der Verdrahtungsplatte sowie der Stecker für die Stromversorgung der Platine. Insbesondere eine Beschädigung der Verdrahtungsplatte kann dabei problematisch sein, da dies zum Verlust eines gesamten Chassis innerhalb eines Rechenzentrum führen kann.

Zur Absicherung des primären Schutzes über den integrierten Hot-Swap-Steuerschaltkreis ist ein sekundärer Schutz mithilfe physischer Sicherungen erforderlich. Diese physischen Sicherungen bieten im Falle einer Beschädigung des MOSFET oder des Schaltkreises während eines Störungszustandes einen unabhängigen Back-up-Schutz des integrierten Schaltkreises gegen Überstrom-Störungen.

Um so viele Blade-Server wie möglich in einem standardmäßigen 19-Zoll-Chassis unterzubringen, müssen die Blades möglichst dünn sein, weshalb die Verwendung von Oberflächen-montierbaren Sicherungen mit einem niedrigen Profil wichtig ist. Allerdings produziert derzeit kein Hersteller eine 60 Ampere- oder 80 Ampere-fähige elektronische Sicherung zur Oberflächen-Montage.

Parallele Schaltung

Um den Eingangsstrom des Blades voll zu unterstützen, muss ein Planer von Schutzvorrichtungen des Blade-Schaltkreises zwei oder mehr Sicherungen parallel schalten. Aber dies auf sichere Weise zu bewerkstelligen, kann bei Anwendungen mit sehr starkem Strom kompliziert sein.

Die derzeit stärkste SMT-Sicherung auf dem Markt ist für eine Nennleistung von 40 Ampere ausgelegt. Um genaue Derating-Berechnungen durchzuführen und das erforderliche Derating beim Parallelschalten von Sicherungen zu berücksichtigen, würde ein Schaltkreisplaner insgesamt rund 150 Ampere Strom-Nennleistung aus den Sicherungen oder vier parallel geschaltete 40-Ampere-Sicherungen benötigen.

Darüber hinaus müssen sich die Planer von Schaltkreisen damit befassen, wie sich die Sicherungen verhalten und wie der Strom zwischen ihnen fließt, denn bereits kleine Unterschiede beim Widerstand der Sicherungen sorgen dafür, dass die Strombelastung der einzelnen Sicherungen unterschiedlich stark ist.

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